天线，发射时，它将电路中的高频电流或馈电传输线上的导行波有效地转换成某种极化的空间电磁波，向规定的方向发射出去；作接收时，则将来自空间特定方向的某种极化的电磁波有效地转换为电路中的高频电流或传输线上的导行波。

    天线的作用主要有两点：

(1) 能量转换

    高频电流能量辐射出去或接收回来。这就要求天线与发射机源或与接收机负载尽可能好的匹配。一副好的天线，就是一个好的能量转换器。

(2) 定向辐射或接收

    对于发射天线，辐射的电磁波能量应尽可能集中在指定的方向上，而在其它方向不辐射或辐射很弱。对于接收天线，只接收来自指定方向上的的电磁波，在其它方向接收能力很弱或不接收。

    如果雷达天线不具有尖锐的方向性，就无法辨别和测定目标的位置。而且如果天线没有方向性，或方向性弱，则对发射天线来说，它所辐射的能量中只有一少部分到达指定方向，大部分能量浪费在不需要的方向上。对接收天线来说，在接收到所需要信号的同时，还将接收到来自其它方向的干扰信号或噪声信号，致使所需信号完全淹没在干扰和噪声中。因此，一副好的天线应该具有完成某种任务而要求的方向性。

    如果我们要接收卫星电视等信号，由于距离远，则必须采用定向性好，增益很高的一类天线，如旋转抛物面天线、卡塞格仑天线、阵列天线等。

    一副天线的收和发是互易的。根据电磁学中的互易原理可以证明，只要天线和馈电网络中不含非线性器件(如铁氧体器件)，则同一副天线用作发射和接收时，其基本特性保持不变。因此，在分析接收天线的特性时，可以采用分析发射天线的方法。

   1.按天线特性分类

从方向性分：有强方向性天线、弱方向性天线、定向天线、全向天线、针状波束天线、扇形波束天线等。

从极化特性分：有线极化天线、圆极化天线和椭圆极化天线。线极化天线又分为垂直极化和水平极化天线。

从频带特性分：有窄频带天线、宽频带天线和超宽频带天线。

  2.按天线上电流分布分类

有行波天线、驻波天线。

  3.按天线外形分类

有鞭状天线、T形天线、Γ形天线、V形天线、菱形天线、环天线、螺旋天线、波导口天线、波导缝隙天线、喇叭天线、反射面天线等。还有八木天线，对数周期天线、阵列天线。阵列天线又有直线阵天线、平面阵天线、附在某些载体表面的共形阵列天线等。

天线的基本参数

方向图形状、主瓣宽度、副瓣电平、增益、极化、输入阻抗、工作频率和频带宽度等。

天线的方向图

    天线方向图是指天线辐射特性与空间坐标之间的函数图形，因此，分析天线的方向图就可分析天线的辐射特性。大多情况下，天线方向图是在远场区确定的，所以又叫做远场方向图。而辐射特性包括辐射场强、辐射功率、相位和极化。因此，天线方向图又分为场强方向图、功率方向图、相位方向图和极化方向图。这里主要涉及场强和功率方向图，相位和极化方向图在特殊应用中采用。例如，在天线近场测量中，既要测量场强方向图，也要测量其相位方向图。

    天线的辐射特性可采用二维和三维方向图来描述。三维方向图又可分为球坐标三维方向图和直角坐标三维方向图，这两种三维方向图又可采用场强的幅度和分贝表示；二维方向图又分为极坐标方向图和直角坐标方向图，这两种二维方向图也可采用场强的幅度和分贝表示。

    天线方向图的绘制可通过两个途径：一是由理论分析得到天线远区辐射场，从而得到方向图函数，由此计算并绘制出方向图；一是通过实验测得天线的方向图数据并绘出方向图。大多线极化天线的远区辐射电磁场一般可表示为如下形式

http://s3/mw690/cc849ed2ge02dd4c68e72&690

http://s4/mw690/cc849ed2g7cd162c6f713&690

一个电场强度，一个磁场强度。

http://s3/mw690/cc849ed2ge02df529ca52&690

三维方向图
    以图0-1(a)所示的典型七元八木天线为例，其辐射电场幅度的球坐标三维方向图和直角坐标三维方向图如图0-1(b)(c)所示。它们是以天线上某点为中心，远区某一距离为半径作球面，按球面上各点的电场强度模值与该点所在的方向角http://s9/mw690/cc849ed2ge02e16acafb8&690（前者是与z轴的夹角，后者是与x轴的夹角）

而绘出的。三维场强方向图直观、形象地描述了天线辐射场在空间各个方向上的幅度分布及波瓣情况。但是在描述方向图的某些重要特性细节如主瓣宽度、副瓣电平等方面则显得不方便。因此，工程上大多采用二维方向图来描述天线的辐射特性。
http://s1/mw690/cc849ed2ge02e3761a4e0&690
二维方向图
    天线的二维方向图是由其三维方向图取某个剖面而得到的。同样以图0-1(a)所示的七元八木天线为例，其xy平面(H 面，http://s3/mw690/cc849ed2ge02e3de45182&690)内的辐射电场幅度表示的极坐标和直角坐标二维方向图如图0-2(a)(b)所示，其辐射电场分贝表示的极坐标和直角坐标二维方向图如图0-2(c)(d)所示。

    天线方向图一般呈花瓣状，称之为波瓣或波束。其中包含最大辐射方向的波瓣称之为主瓣，其它的称为副瓣或旁瓣，并分为第一副瓣、第二副瓣等，与主瓣方向相反的波束称为后瓣或尾瓣，见图0-2(c)。

http://s1/mw690/cc849ed2ge02e79160250&690

http://s12/mw690/cc849ed2ge02e7dac071b&690
是否归一化，看幅度或dB幅度，变清楚了。
   极坐标图直观，多用于绘制中低增益即波瓣较胖一类天线的方向图；直角坐标方向图易于表示窄波瓣和低副瓣性能，多用于绘制高增益和低副瓣天线的方向图。直角坐标分贝表示的方向图放大了副瓣，更易于分析天线的辐射特性，所以工程上多采用这种形式的方向图。功率方向图表示天线的辐射功率在空间的分布情况，往往采用分贝刻度表示。如果采用分贝刻度表示，则功率方向图与场强方向图是一样的。

E面和H面方向图

    天线方向图一般是一个三维空间的曲面图形，但工程上为了方便，常采用通过最大辐射方向的两个正交平面上的剖面图来描述天线的方向图。这两个相互正交的平面称之为主面，对于线极化天线来说通常取为E面和H面。

http://s16/mw690/cc849ed2ge02ea88df4af&690

例如，前面所示的方向图是七单元八木天线天线的H面方向图，当然也可以绘出其E面方向图。下面就以八木天线和角锥喇叭天线为例来说明如何判断天线的两个主面E面和H面，见下图0-3。

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E,H平面是按照最大的辐射方向进行正交刨割。

空间中电场矢量和磁场矢量是相互正交的，所以E面和H面也是相互正交的。
所以定义E面为电场的平行面；H面为磁场的平面。

    图中八木天线的最大辐射方向在y轴方向，喇叭天线的最大辐射方向在z轴方向。只要八木天线的摆放形式一定，喇叭天线的口径场分布一定，则它们的远区辐射方向图的E面和H面就确定了。就喇叭天线来说，其口径电场s E在y方向，口径磁场s H在x方向，喇叭天线向外辐射电磁波，在最大辐射的z轴方向上其辐射电磁波的电磁场方向与喇叭口径电磁场方向一致，根据定义得喇叭天线的E面为yz平面，H面为xz平面。就八木天线来说，在最大辐射的y轴方向其辐射电磁波的电场平行于圆柱振子长度方向，则其E面为yz平面，H面为xy平面。表0-1给出了这两个天线的E面和H面及其方向图函数表示。

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主瓣宽度
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http://s3/mw690/cc849ed2ge02f7dc078c2&690

http://s16/mw690/cc849ed2g7cd18cd820df&690

http://s1/mw690/cc849ed2ge02f85fabb90&690

对于低副瓣天线来讲，主瓣越窄，方向性越好，辐射能力或接收能力越强。

对于高副瓣的天线，不能这样解释。
副瓣电平

    指副瓣最大值模值与主瓣最大值模值之比，通常用分贝表示。即
http://s14/mw690/cc849ed2ge02fb790676d&690
   
    副瓣方向通常是不需要辐射或接收能量的方向。因此，天线副瓣电平愈低，表明天线在不需要方向上辐射或接收的能量愈弱，或者说在这些方向上对杂散的来波抑制能力愈强，抗干扰能力就愈强。

天线副瓣电平越低，在不需要的方向上浪费的能量越小，对杂散的抑制能力强，抗干扰能力强。

    对不同的用途，要求天线有不同的方向图。例如，广播电视发射天线，移动通讯基站天线等，要求在水平面内为全向方向图，而在垂直面内有一定的方向性以提高天线增益，见图0-5(a)；对微波中继通讯、远程雷达、射电天文、卫星接收等用途的天线，要求为笔形波束方向图，见图0-5(b)；对搜索雷达、警戒雷达天线则要求天线方向图为扇形波束，见图0-5(c)等。

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辐射功率和辐射强度

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天线的辐射总功率为电场强度与磁场强度的共轭乘积的一半的球面积分。

http://s8/mw690/cc849ed2ge030c0abb977&690
http://s16/mw690/cc849ed2ge030fe9fca5f&690

http://s14/mw690/cc849ed2ge0311679453d&690

方向性系数
    方向图函数表示了天线在各个方向上辐射场的相对大小，它不能明确表示天线辐射能量在某个特定方向上集中的程度，因而必须引进方向性系数这一指标参数。方向性系数是用来表征天线辐射能量集中程度的一个参数。

http://s11/mw690/cc849ed2ge031213aad4a&690

http://s7/mw690/cc849ed2ge0313a59a7e6&690

http://s14/mw690/cc849ed2ge03140d3f95d&690
对方向性系数的两种定义，第一种为，相同辐射功率的情况下，辐射强度之比；第二种定义为，相同电场强度下，功率之比。

http://s1/mw690/cc849ed2ge031c76eccf0&690

http://s6/mw690/cc849ed2g7cd1d09eced5&690

http://s1/mw690/cc849ed2ge0323a345b20&690
http://s7/mw690/cc849ed2ge032491d1c56&690

方向性系数两种定义方法的物理解释
    前面已经提到，天线的方向性系数是用来表征天线辐射能量集中程度的一个参数，对于最大辐射方向上的方向性系数D来说，其值愈大，天线的能量辐射就愈集中，定向性能就愈强。下面针对方向性系数的两种定义方法用图解来说明。图0-6所示为方向性系数的两种定义方法对应的两种条件下某天线和理想点源天线的方向图。

最大辐射方向上的方向系数。

http://s6/mw690/cc849ed2ge03293ca0f15&690

在相同辐射功率条件下，各向同性的点源天线是把整个辐射功率均匀分布在一个球面上，

http://s6/mw690/cc849ed2ge032ab8c2b75&690

效率与增益

    增益是天线的另一个重要参量，它与方向性系数密切相关，它既考虑了天线的定向能力又涉及了天线的效率。

天线的效率是用来计及损耗的。天线的损耗包括其结构内的欧姆损耗和天线与传输线失配产生反射而引起的损耗。而天线结构内的损耗又包括导体和介质的损耗。

http://s14/mw690/cc849ed2g7cd1e163c6ad&690
http://s4/mw690/cc849ed2ge032e739c703&690

http://s8/mw690/cc849ed2g7cd1e5d51f37&690

新的概念，热功率，辐射功率，热损耗电阻，辐射电阻。

天线上的波腹电流。

天线增益

http://s9/mw690/cc849ed2ge0334b75f8d8&690
http://s13/mw690/cc849ed2ge0336e8356fc&690

天线的极化

    电磁波的极化方向通常是以其电场矢量的空间指向来描述的。电磁波的极化是指：在空间某位置上，沿电磁波的传播方向看去，其电场矢量在空间的取向随时间变化所描绘出的轨迹。如果这个轨迹是一条直线，则称为线极化；如果是一个圆，则称为圆极化；如果是一个椭圆，则称为椭圆极化。图0-8所示为电磁波电场矢量取向随时间变化的典型轨迹曲线。

http://s15/mw690/cc849ed2ge0337b8b156e&690

注意观察E的方向。

    采用极化特性来划分电磁波，就有线极化波、圆极化波和椭圆极化波。线极化和圆极化是椭圆极化的两种特殊情况。圆极化和椭圆极化波的电场矢量的取向是随时间旋转的。沿着电磁波传播方向看去，其旋向有顺时针方向和逆时针方之分。电场矢量为顺时针方向旋转的称为右旋极化，逆时针方向旋转的称为左旋极化。

天线极化概念

    天线的极化是以电磁波的极化来确定的。天线的极化定义为：在最大增益方向上，作发射时其辐射电磁波的极化，或作接收时能使天线终端得到最大可用功率的方向入射电磁波的极化。最大增益方向就是天线方向图最大值方向，或最大指向方向。根据极化形式的不同，天线可分为线极化天线和圆极化天线。在一般的通讯和雷达中多采用线极化天线，在电子对抗和侦察设备中或通讯设备处于剧烈摆动和高速旋转的飞行器上等应用中则可采用圆极化天线。椭圆极化是一种非完纯的极化方式，它可以分解为两个幅度不同、旋向相反的圆极化波，或分解为两个幅度和相位均不相同的正交线极化波。故通常不采用椭圆极化天线，只有在圆极化天线设计不完善时才出现椭圆极化天线。

    天线的极化在各个方向并非保持恒定，所以天线的极化在其最大指向方向定义才有意义。

http://s12/mw690/cc849ed2ge034169fedcb&690